技术摘要：
本发明提出了一种管片拼装系统及其工作方法，包括中盾、尾盾、隧道轨道、后配套拖车、运输编组和可移动设备桥，运输编组设置在隧道轨道上，可移动设备桥分别与中盾和后配套拖车相连接，所述中盾上安装有臂架式管片拼装机构，尾盾上安装有搭接机构，搭接机构与隧道轨道  全部
背景技术：
传统通讯、供电、给排水等管线均采用直埋方式铺设，且分管部门单一和明确。随 着城镇化的快速推进，供电、供暖、给排水等基础设施已无法满足城市发展要求，且经常出 现马路拉链等不美观城市改造现象，城市地下综合管廊能很好地整合各种城市管道，避免 出现水管爆裂、雨季内涝等各种常见民生问题，成为国家和政府高度重视的施工工法，是未 来城市地下空间开发的趋势。 目前城市综合管廊普遍采用明挖施工，造价低，施工难度低，但存在对周边环境扰 动大、施工场地大等缺陷，而盾构施工能有效避开上述问题；在盾构施工，管片同步拼装对 隧道起到支撑防护，保证了后续盾构开挖前进的安全性，目前矩形顶管一般只适用于短距 离隧道施工，而矩形盾构能实现矩形隧道长距离施工作业，且矩形盾构管片拼装又是矩形 盾构研发的难点。 在专利申请号为“201610564633.4”、专利名称为“一种应用于超大断面马蹄形盾 构管片拼装机抓取装置”中公开了一种适用于马蹄形断面的管片拼装结构，能够满足对异 形断面的高效拼装，但是对于矩形断面时，管片主要包括上管片和下管片，上管片和下管片 的同步拼装难度大，耗时长。 在专利申请号为“CN201710318520.0”、专利名称为“土压平衡矩形合口盾构设备 及施工方法”中公开了一种矩形合口盾构机内的管片拼装方法，利用螺栓连接管片式轮对 组运输小车和管片旋转装置相互配合实现管片的抓举、顶升、微调，虽然能够满足管片拼装 需求，但是两者为分体式设备，管片调整耗时长，效率低。 在专利申请号为“CN201710317999.6”、专利名称为“应用于矩形合口盾构的管片 拼装系统及其拼装方法”中公开了一种矩形合口管片拼装结构和拼装方法，能够实现拼装 过程中不需要采取额外的结构稳定措施，但是管片在转运、抓取和拼装过程中各工序相对 独立，各工序作业时容易出现衔接不连贯，在一定程度上影响管片拼装效率，因此亟待研究 一种适合用于拼装矩形管片的拼装机，来提升矩形断面开挖利用率，节省管片拼装时间。
技术实现要素：
针对矩形断面，上管片和下管片同步拼装难度大，耗时长的技术问题，本发明提出 一种管片拼装系统及其拼装方法。 为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的： 一种管片拼装系统，包括运输编组和可移动设备桥，运输编组设置在隧道轨道上，可移 动设备桥分别与中盾和后配套拖车相连接，中盾与尾盾相连接，所述中盾上安装有臂架式 管片拼装机构，尾盾上安装有搭接机构，搭接机构与隧道轨道相配合，后配套拖车上安装有 5 CN 111608686 A 说　明　书 2/8 页 倒运机构，倒运机构与运输编组相配合。 优选地，所述臂架式管片拼装机构包括第一调节臂、第二调节臂、第三调节臂和抓 取组件，第一调节臂固定安装在中盾上，第二调节臂滑动设置在第一调节臂内，第三调节臂 滑动设置第二调节臂内，第三调节臂与抓取组件固定连接。 优选地，所述第一调节臂内滑动设置有转换组件，第二调节臂滑动穿设在转换组 件内，转换组件和第二调节臂分别与第一动力组件和第二动力组件相连接。 优选地，所述第二调节臂分别与配重和安装座固定连接，安装座通过第二动力组 件和转换组件相连接，第三调节臂滑动设置在安装座内且第三调节臂的一端与第三动力组 件相连接，第三调节臂的另一端与抓取组件固定连接。 优选地，所述转换组件包括前箱体、后箱体和筒体，筒体穿设在前箱体和后箱体内 整体形成一滑动支座，第二调节臂滑动设置在筒体内；所述前箱体和后箱体之间安装有连 接座，连接座分别与第一动力组件和第二动力组件相连接。 优选地，所述连接座包括上铰接座和下铰接座，上铰接座竖直安装在前箱体和后 箱体之间，下铰接座水平安装在前箱体和后箱体之间且上铰接座与第一动力组件相连接， 下铰接座与第二动力组件相连接。 优选地，所述抓取组件包括抓取座、上抓举手和下抓举手，上抓举手和下抓举手分 别通过对应的回转机构对称安装在抓取座上部和下部，抓取座与第三调节臂固定连接。 优选地，所述上抓举手和下抓举手上均安装有旋转组件，下抓举手通过微调组件 与抓取座活动连接，旋转组件和微调组件均与回转机构相连接。 优选地，所述旋转组件包括旋转油缸，对应的旋转油缸分别与上抓举手和下抓举 手相连接且旋转油缸与回转机构相连接；所述微调组件包括微调油缸，微调油缸分别与下 抓举手、抓取座和回转机构相连接。 优选地，所述回转机构包括回转支撑，对应的回转支撑分别与上抓举手和下抓举 手活动连接且对应的回转支撑均与抓取座相连接，上抓举手和下抓举手均包括抓持座和抓 取头，抓取头安装在抓持座上且抓持座与回转支撑相连接，下抓举手与抓取座中的下铰接 转块之间设置有一通道，通道内设置有扣头油缸，扣头油缸与下抓举手相连接。 优选地，所述抓取座包括上铰接转换块、基座和下铰接转换块，上铰接转换块固定 安装在基座上部，下铰接转换块活动安装在基座下部，基座与微调组件中的微调油缸相连 接，上铰接转换块和下铰接转换块分别与对应的回转支撑相连接，上铰接转换块和下铰接 转换块分别通过连接组件与旋转组件中的旋转油缸相连接，微调油缸与下铰接转换块上的 连接组件相连接。 优选地，所述搭接机构包括移动踏板，移动踏板安装在尾盾上且移动踏板与隧道 轨道相配合，移动踏板包括上踏板、顶进油缸和滑动座，上踏板与滑动座相连，滑动座与顶 进油缸相连接，滑动座和顶进油缸设置在尾盾上；所述上踏板与隧道轨道相配合。 优选地，所述倒运机构包括支架，支架安装在后配套拖车上，支架上部通过顶升油 缸与托架相连接，托架上活动安装有托架油缸和夹紧座，，托架油缸与夹紧座相连接。 一种管片拼装系统的工作方法，包括以下步骤： S1、上管片和下管片运输准备：首先在运输编组依次放置有下管片和上管片，运输编组 在隧道轨道沿掘进方向移动； 6 CN 111608686 A 说　明　书 3/8 页 S2、下管片管片拼装准备：随后通过控制顶进油缸带动移动踏板从尾盾中伸出，搭接到 隧道轨道当前拼接位置处，同时控制可移动设备桥中的拉杆梁上移到隧道上部，控制臂架 式管片拼装机构中第三动力组件带动第三调节臂处于回缩状态，运输编组从隧道轨道移动 到移动踏板上并停到预定位置； S3、下管片抓取：步骤S2完成后，控制臂架式管片拼装机构中第一动力组件、第二动力 组件和第三动力组件启动分别带动第二调节臂和第三调节臂动作，同时控制臂架式管片拼 装机构中抓取组件的下抓举手动作对下管片进行抓取，随后控制下抓举手上的微调组件动 作稍抬下管片，下管片与运输编组脱离，此时运输编组向后驶出当前工作空间； S4、下管片拼装：步骤S3完成后，控制第二动力组件带动第二调节臂和第三调节臂移动 到指定水平翻转位置后，控制下抓举手中的旋转组件启动将下管片顺时针旋转90°，使下管 片与隧道轴线处于垂直状态；随后控制中盾尾部设置的推进油缸和移动踏板上的顶进油缸 回缩，随后控制第一调节臂、第二调节臂和第三调节臂动作带动下管片下放紧贴在隧道轨 道当前环管节拼接位置处，最后通过微调组件调整下管片的摆放对接位置，控制底部推进 油缸启动顶紧摆放好的下管片，至此下管片拼装动作完成； S5、上管片倒运：步骤S3完成中运输编组向后驶出当前工作空间后到达隧道轨道预定 位置后停止移动，通过控制倒运机构中的托架油缸拖住上管片，随后启动倒运机构中的顶 升油缸带动托架和上管片整体提升，运输编组沿隧道掘进反方向继续移动到一个车节位置 后停止，通过控制顶升油缸回缩带动托架和上管片下降到运输编组上时，控制托架油缸启 动上管片平稳放置在运输编组上，至此上管片倒运完成； S6、上管片拼装准备：步骤S4和S5完成后，运输编组带动上管片沿隧道掘进方向前进到 隧道轨道当前拼接位置处，控制第三调节臂回缩和可移动设备桥中的拉杆梁移动到隧道下 部，同时移动踏板从尾盾中伸出搭接到隧道轨道当前拼接位置处，运输编组继续前进，将上 管片送入到移动踏板区域并停到预定位置； S7、上管片抓取：步骤S6完成后，控制第二调节臂调整到待抓取位置，同时控制第三调 节臂和抓取组件中的上抓举手动作，利用上抓举手顶起抓取上管片，通过控制第一动力组 件带动第二调节臂和第三调节臂整体上移，带动上管片提升，运输编组与上管片脱离，运输 编组沿隧道掘进的反方向驶出当前工作空间，随后拆除上管片下面的木质垫板； S8、上管片拼装：步骤S7完成后，通过控制第二动力组件和第三动力组件带动第三调节 臂到达指定水平翻转区域，随后通过上抓举手上的旋转组件带动上管片顺时针旋转90°，使 上管片与隧道轴线处于垂直状态；随后控制顶部推进油缸回缩，调整臂架式管片拼装机构 中第二调节臂和第二调节臂位置，带动上管片紧贴在隧道轨道当前环管节位置处，最后控 制顶部推进油缸推出压紧上管片，至此上管片拼装完成。 优选地，所述步骤S1中上管片和下管片均平行于隧道轴线方向放置在运输编组 上；所述步骤S4和步骤S5为同步动作或步骤S4动作完成后，进行步骤S5。 与现有技术相比，本发明的有益效果： 1、本发明通过运输编组和搭接机构将管片从隧道外部转运到待拼装位置后，利用倒运 机构将运输编组上不同位置放置的管片进行快速便捷转运，利用臂架式管片拼装机构对上 管片和下管片抓取、调整方位，并配合推进油缸将放置好的上管片和下管片压紧，整体共同 完成管片的拼装过程，各工序衔接连贯，保证了拼装过程中的稳定可靠； 7 CN 111608686 A 说　明　书 4/8 页 2、通过第一调节臂、第二调节臂和第三调节臂对抓取座实现了空间上位置调整，满足 不同位置处的管片拼装需求，整体动作快速，减少了拼装时间； 3、通过上抓举手和下抓举手对上管片和下管片能够实现抓紧拼装，并且上抓举手利用 管片自重重力使得管片抓紧移动，取消了传统管片拼装中的抓取油缸的设置，利用下抓举 手对下管片实现两个竖直面上微调旋转，在下抓举手内设置有扣头油缸，利用扣头油缸对 下管片进行抓紧，保证了对下管片抓取后快速多方位调整； 4、通过在上抓举手和下抓举手上分别设置旋转油缸，利用旋转油缸对上抓举手和下抓 举手实现水平面上旋转90°，保证了上管片和下管片的精准快速拼装对接； 5、本发明中抓举手将喂送过来的对上管片和下管片实现了多维度的位置旋转调节，配 合其他部件共同完成上下管片的拼装流程，并保证拼装过程的稳定可靠性；此外矩形合口 盾构机的管片在隧道顶部和底部没有拼接缝，隧道结构稳定，拼装过程不需要采取额外的 结构稳定措施，整个拼装过程拼装快速、耗时短，大大提高了矩形断面上的管片拼装效率。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。 图1为本发明的整体设备分布示意图。 图2为图1中臂架式管片拼装机构的结构示意图。 图3为图1中可移动设备桥的结构示意图。 图4为图1中倒运机构的结构示意图。 图5为图1中搭接机构的结构示意图。 图6为本发明中上管片和下管片运输准备状态示意图。 图7为本发明中下管片拼装准备状态示意图。 图8为本发明中下管片拼装状态示意图。 图9为本发明中上管片倒运状态示意图。 图10为本发明中上管片拼装准备状态示意图。 图11为本发明中上管片拼装状态示意图。 图12为本发明中上管片拼装完成状态示意图。 图中，1为上管片，2为倒运机构，3为运输编组，4为下管片，5为臂架式管片拼装机 构，51为第一调节臂，52为第二调节臂，53为第三调节臂，54为抓取组件，55为第一动力组 件，56为第二动力组件，57为第三动力组件，58为转换组件，59为配重，6为搭接机构，7为底 部推进油缸，8为顶部推进油缸，9为可移动设备桥，91为拉杆梁。